ES2204198T3 - Cemento hidraulico de brushita estabilizado con una sal de magnesio. - Google Patents

Cemento hidraulico de brushita estabilizado con una sal de magnesio.

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ES2204198T3 ES99974248T ES99974248T ES2204198T3 ES 2204198 T3 ES2204198 T3 ES 2204198T3 ES 99974248 T ES99974248 T ES 99974248T ES 99974248 T ES99974248 T ES 99974248T ES 2204198 T3 ES2204198 T3 ES 2204198T3
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Abstract

Cemento de brushita para aplicaciones quirúrgicas constituido por un primer componente que incluye un fosfato de calcio básico y un segundo componente que incluye un fosfato ácido y un tercer componente constituido por agua así como un cuarto componente utilizado para estabilizar el producto final de la reacción de fraguado entre los componentes que comprende una fuente de magnesio caracterizado porque: A) la solubilidad de la fuente de magnesio es más pequeña que 100 g/ml y B) los componentes se eligen en una cantidad tal que: (i) el pH de la pasta de cemento durante el fraguado es inferior a 6, 5 y (ii) el producto final de la reacción de fraguado comprende dihidrato de fosfato dicálcico [CaHPO4.2H2O).

Description

Cemento hidráulico de brushita estabilizado con una sal de magnesio.
La presente invención se refiere a un cemento para aplicaciones quirúrgicas según la parte precaracterizante de la reivindicación 1, un procedimiento de estabilización de un cemento de brushita usado como materia de sustitución de hueso temporal, según la parte caracterizante de la reivindicación 48 y la materia de sustitución de hueso temporal obtenida por dicho procedimiento según la reivindicación 49.
Un determinado número de estos cementos hidráulicos, con base de fosfatos de calcio, destinados a utilizarse en cirugía se conocen en la técnica anterior y siendo preparados a partir de dos componentes (polvo/líquido) mezclándolos de manera intra-activa y aplicándoles, en una consistencia pastosa, al lugar apropiado donde se endurecen in situ. Los inconvenientes de los cementos hidráulicos de la técnica anterior con base de fosfatos de calcio son:
a) tiempos de fraguado cortos impracticables que no permiten su utilización para procesos quirúrgicos elaborados;
b) una débil inyectabilidad, es decir, que la pasta de cemento fresca tiene tendencia a taponar la aguja de inyección y/o se descompone al contacto de los líquidos fisiológicos, lo que impide su implantación mediante procesos de cirugía invasiva mínima;
c) una débil compacidad, es decir, que los cementos hidráulicos usuales necesitan cantidades muy grandes de agua de mezcla con el fin de hacerlos inyectables o para conferirles un tiempo de fraguado apropiado, que conduce a una muy pequeña resistencia a la rotura después del endurecimiento y
d) una resorción demasiado rápida, es decir, que el cemento se resorbe más rápidamente que la tasa de crecimiento ósea, lo que conduce a un intervalo no óseo entre el hueso y el cemento, lo que es perjudicial para las propiedades mecánicas del cemento.
En la patente US-A-4880610 de CONSTANTZ, se describe un procedimiento de fabricación de una composición mineral de fosfato de calcio in situ mediante la combinación de cristales de ácido fosfórico exentos de agua con una fuente de calcio que conduce a una hidroxiapatita. Resulta evidente que la utilización de ácido fosfórico al 100% en la pieza donde se opera y la aplicación de una pasta que contiene ácido fosfórico al 100% en el cuerpo humano deben considerarse como no siendo un proceso ideal sino que necesita una mejora.
En la patente US-A-5129905 de CONSTANTZ - con el fin de reducir al mínimo el problema, se han sustituido los cristales de ácido fosfórico por monohidrato de fosfato monocálcico (MCPM) o fosfato monocálcico (MCP). Sin embargo, el objetivo era de nuevo obtener una materia de hidroxiapatita, que tiene un largo período de resorción. Un largo período de resorción no es propicio para la velocidad del remodelado óseo. El inconveniente de una resorción prolongada es que el hueso tratado mediante cemento permanecerá, durante un tiempo prolongado, en una situación biomecánica anormal, que puede crear problemas postoperatorios secundarios. Además, el cemento no resorbido puede también romperse en trozos o fragmentos después de una carga mecánica prolongada, lo que aumenta la probabilidad de complicaciones postoperatorias, por ejemplo reacciones inflamatorias asépticas. La velocidad de resorción del cemento ideal debe estar también lo más próxima posible a la velocidad espontánea de la nueva formación ósea, lo que corresponde a los órdenes de magnitud de 20 micrómetros por día. Una velocidad de resorción demasiado rápida tampoco es deseable. Algunos estudios realizados con yeso de París y cemento de fosfato de calcio han demostrado que la velocidad de resorción es más rápida que la velocidad de crecimiento óseo, lo que conduce a un intervalo entre el hueso y el cemento. Esto es evidentemente desventajoso en cuanto a la estabilidad mecánica del lugar defectuoso.
A partir de la patente US-A-5 605 713 de BOLTONG, se conoce una composición de fosfato de calcio que puede contener (entre otros componentes) \beta-TCP, MCPM, agua y sales de magnesio. Sin embargo, la invención está limitada a valores del pH en el intervalo de 6,5 a 8,0, intervalo en el cual no se precipita la brushita. Un pH inferior a 6,5, ventajosamente por debajo de 4, es necesario para obtener brushita. En el margen del pH de 6,5 a 8,0, el fosfato octocálcico y la hidroxiapatita son las fases precipitadas. Sin embargo, estas fases son bastante menos solubles que la brushita con pH neutro y conducen así a velocidades de resorción demasiado lentas.
A partir de la solicitud de patente PCT/EP98/06330, se conoce una composición de fosfato de calcio que contiene brushita (dihidrato de fosfato dicálcico; CaHPO_{4}\cdot2H_{2}O) como producto final de la reacción de fraguado. Sin embargo, este cemento tiene una velocidad de resorción demasiado rápida in vivo, que conduce a inestabilidades mecánicas y reacciones inflamatorias.
La invención tiene por objeto reivindicado resolver los problemas anteriormente descritos. La presente invención prevé un cemento para aplicaciones quirúrgicas según la reivindicación 1, un procedimiento de producción de una materia de sustitución del hueso temporal según la reivindicación 48 y una materia de sustitución de hueso temporal según la reivindicación 49.
Las diferentes características de novedad que caracterizan la invención son precisadas, en particular, en las reivindicaciones adjuntas a la parte que constituye la presente memoria descriptiva. Para la mejor comprensión de la invención, sus ventajas operativas y objetos concretos alcanzados por medio de su utilización, se hará referencia a los ejemplos que siguen en los cuales se ilustran, en detalle, formas de realización ventajosas de la invención.
El primer componente del cemento, según la invención, comprende un fosfato de calcio básico, ventajosamente fosfato \beta-tricálcico [\beta-Ca_{3}(PO_{4})_{2}; \beta-TCP], fosfato \alpha-tricálcico [\alpha-Ca_{3}(PO_{4})_{2}; \alpha-TCP], fosfato tetracálcico [Ca_{4}(PO_{4})
\hbox{ _{2} O;}
TetCP], oxiapatita [Ca_{10}(PO_{4})_{6}O; OXA], hidroxiapatita [Ca_{5}(PO_{4})_{3}OH; HA] o hidroxiapatita deficitaria en calcio [Ca_{10-x}(HPO_{4})_{x}(PO_{4})_{6-x}(OH)_{2-x}; CDHA] bajo la forma de polvo. También puede ser una mezcla de dos o tres de los últimos compuestos. El \beta-TCP es el compuesto preferido. El segundo componente del cemento, según la invención, comprende un fosfato de calcio ácido, ventajosamente monohidrato de fosfato monocálcico [Ca(H_{2}
\hbox{PO _{4} ) _{2} }
\cdotH_{2}O; MCPM], fosfato monocálcico [Ca(H_{2}PO_{4})_{2}; MCP] o ácido fosfórico [H_{3}PO_{4}] bajo la forma de polvo. Puede ser también una mezcla de dos o tres de los últimos compuestos. El MCPM es el compuesto preferido.
El tercer componente del cemento, según la invención, comprende agua.
El cuarto componente del cemento, según la invención, comprende una fuente de magnesio utilizada para estabilizar el producto final de la reacción de fraguado.
La reacción de fraguado está caracterizada por varias reacciones parciales: una disolución del primer componente, una disolución del segundo componente y una precipitación del producto final de la reacción de fraguado, es decir, la brushita (dihidrato de fosfato dicálcico; CaHPO_{4}\cdot2H_{2}O). En condiciones normales, la reacción de disolución del segundo componente es mucho más rápida que la del primer componente. Como el segundo componente es ácido, la pasta de cemento alcanza valores de pH de 2 a 4 en función de la composición y de la distribución de los tamaños de partículas del cemento. Cuando el segundo componente está completamente disuelto, la disolución progresiva del primer componente, que es básico, provoca una elevación del valor del pH de la pasta de cemento. Sin embargo, el pH del cemento según la invención, al final de la reacción de fraguado, se sitúa siempre en el margen de 2 a 6. Es también en este margen en el que la brushita se precipita de manera preferente. A los valores de pH más elevados (6 y mayores), no se precipita la brushita: el fosfato octocálcico y la hidroxiapatita con las fases precipitantes. Sin embargo, estas fases son mucho menos solubles que la brushita con pH neutro y por lo tanto, deberían conducir a velocidades de resorción demasiado lentas.
La distribución de tamaños particulares y el área superficial específica media de los componentes sólidos tiene una gran influencia sobre las propiedades físico-químicas del cemento, en particular el tiempo de fraguado, las propiedades mecánicas y la aplicabilidad. En términos generales, los polvos con un área superficial concreta elevada conducen a tiempos de fraguado cortos, propiedades mecánicas elevadas y una buena aplicabilidad. Sin embargo, esta regla ya no es válida cuando los polvos son aglomerados. Una gran cantidad de líquido de mezcla se necesita para mojar los polvos, lo que da lugar a propiedades mecánicas débiles. Por consiguiente, los polvos deben ventajosamente ser desaglomerados.
Una buena aplicabilidad depende mucho de la aplicación. En determinados casos, una pasta más bien líquida es deseable (refuerzo de hueso osteoporoso). En otros casos, una pasta muy espesa puede ser más adecuada, por ejemplo, para una cirugía plástica. Un polvo con un pequeño tamaño de partícula media presenta solamente una gama muy estrecha en la cual una pasta puede formarse con agua: la pasta es sólida y descomponible o bien, muy líquida. De una manera general, se prefiere una pasta espesa, porque la pasta es más fácilmente aplicable y permanece estable en contacto con los fluidos corporales. Es por ello por lo que se elige normalmente una pasta que contenga polvos con un gran tamaño de partícula media. Una gama típica para el tamaño de partícula media de los polvos es de 0,1 a 100 micrómetros.
La solubilidad de los diferentes componentes sólidos tiene una gran influencia sobre el tiempo de fraguado del cemento. Si el primer componente es muy soluble, la reacción de fraguado es rápida. Si el primer componente es débilmente soluble, la reacción de fraguado tiende a ser lenta. Por ejemplo, la utilización del polvo de \alpha-TCP o de TetCP muy soluble, como primer componente, conduce a tiempos de fraguado muy cortos. La utilización del polvo de \beta-TCP más bien soluble, como primer componente, conduce a tiempos de fraguado cortos. Por último, la utilización del polvo de HA, de CDHA o de OXA, más bien insoluble, conduce a largos tiempos de fraguado. Por ello, con el fin de obtener un tiempo de fraguado del orden de magnitud de 5 a 20 minutos, es deseable utilizar un polvo de \beta-
\hbox{TCP}
con una pequeña área superficial específica, un polvo de CDHA o de HA con una gran área superficial específica. Suponiendo que los polvos sean desaglomerados, una gama típica para el tamaño de la partícula media de los polvos es de 0,1 a 1 micrómetro para el polvo de CDHA, OXA o HA, de 1 a 10 micrómetros para el polvo de \beta-TCP y de 5 a 100 micrómetros para el polvo de \alpha-TCP o de TetCP.
A pesar de la utilización de grandes partículas de \alpha-TCP, TetCP y/o \beta-TCP, el tiempo de fraguado de un cemento que contenga \alpha-TCP, TetCP y/o \beta-TCP, como primer componente, es normalmente demasiado corto. El tiempo de fraguado del cemento, según la presente invención, tal como se mide a 25ºC, debe ser ventajosamente de por lo menos 1 minuto, típicamente menos de 2 minutos y ventajosamente, menos de 5 minutos. Es así como se utiliza normalmente un regulador de velocidad de fraguado. Se elige entre el grupo constituido por el pirofosfato de sodio, el pirofosfato de potasio, el acetato de sodio, el acetato de potasio, el citrato de sodio, el citrato de potasio, el fosfocitrato de sodio, el fosfocitrato de potasio, el sulfato de sodio, el sulfato de potasio, el hemihidrato de sulfato de calcio, el pirofosfato de sodio, el dihidrógeno pirofosfato de sodio, el sulfato de magnesio y los bifosfonatos de sodio y potasio. El regulador de velocidad de fraguado puede añadirse previamente disuelto en el tercer componente o bajo la forma de un sólido (polvo). Sin embargo, en este último caso, el regulador de velocidad de fraguado debe ser muy soluble, de tal manera que el sólido se disuelva casi instantáneamente al contacto con el agua. El pirofosfato de sodio y el sulfato de sodio son normalmente los reguladores de velocidad de fraguado preferidos. Si se utiliza el HA, el OXA o el CDHA como primer componente, el tiempo de fraguado es normalmente demasiado largo. El tiempo de fraguado puede disminuirse añadiendo reguladores de velocidad de fraguado apropiados. Reguladores de velocidad de fraguado eficaces son compuestos que contienen iones de ortofosfato como las sales de ortofosfatos de sodio, magnesio o potasio o el ácido fosfático.
El tercer componente que comprende agua puede comprender también ácido fosfórico (OPA) y/o ácido sulfúrico (SA), que de nuevo tiene la función de un regulador de velocidad de fraguado y conduce también a una microestructura mejorada de los cristales de brushita finales.
Para controlar la velocidad de resorción del cemento, se pueden añadir gránulos que tengan un diámetro medio que sea más grande que el diámetro medio del primer componente precitado. Ello conduce a una estructura de conglomerado de cemento finalmente endurecido, siendo los gránulos incorporados en la matriz de brushita formada por el proceso de fraguado. El diámetro de partícula medio de estos últimos gránulos debe ser al menos 2 veces mayor, ventajosamente por lo menos 10 veces mayor comparativamente con el diámetro medio de las partículas del primer componente. El diámetro de partícula medio de estos gránulos debe situarse en el margen de 50 a 2000 micrómetros. En una realización ventajosa, debe situarse en el margen de 100 a 500 micrómetros, y más ventajosamente en el margen de 200 a 350 micrómetros. Los gránulos pueden componerse de fosfatos de calcio, por ejemplo, \alpha-TCP, TetCP, OXA, \beta-TCP, HA, CDHA, fosfato de calcio bifásico (BCP ), yeso, biovidrio y polímeros, por ejemplo, láctidos, polisacáridos, colágeno o proteínas. La composición ventajosa para estos gránulos es el \beta-TCP. La ventaja de utilizar gránulos es la degradación diferencial de tal cemento. La matriz de cemento es degradada más rápidamente o más lentamente que los gránulos residuales. Ello es de especial interés para la aplicación en el campo de la osteoporosis o para una reconstrucción del surco maxilar, donde es deseable un gránulo que se degrada más lentamente, por ejemplo, hecho de hidroxiapatita o de BCP. La utilización de un gránulo rápidamente resorbible (por ejemplo, yeso) puede permitir la obtención de una estructura de cemento macroporoso después de un corto tiempo de implantación.
El volumen V_{L} del tercer componente debe ventajosamente ser igual o superior al volumen V_{T} = (W_{MCPA} x 0,615 + W_{MCPM} x 0,5 + W_{OPA} x 1,102 + W_{SA} x 1,101) ml/g del segundo componente, donde W_{MCPA}, W_{MCPM}, W_{OPA} y W_{SA} son los pesos respectivamente de MCP, MCPM, ácido fosfórico y ácido sulfúrico. El volumen V_{L} se sitúa normalmente en el margen de 0,5 x V_{T} \leq V_{L} \leq 10 x V_{T}, ventajosamente en el margen de 1,2 x V_{T} \leq V_{L} \leq 2,5 x V_{T}. La cantidad de líquido de mezcla (tercer componente) tiene una gran influencia sobre las propiedades físico-químicas del cemento, en particular el tiempo de fraguado y las propiedades mecánicas. El tiempo de fraguado y la porosidad del cemento aumentan con un incremento de V_{L}. Como las propiedades mecánicas son disminuidas por una elevación de la porosidad, un valor óptimo para V_{L} puede elegirse habida cuenta del tiempo de fraguado y de las propiedades mecánicas.
Para optimizar la compatibilidad del cemento in vivo, el cemento debe contener un exceso de componentes básicos, es decir un exceso del primer componente comparativamente con el segundo componente. Dicho en otros términos, la relación molar Ca/P del cemento debe ser superior o igual a 1,0. La relación molar Ca/P puede escribirse de la manera siguiente [suponiendo que x = 1 en CDHA [Ca_{10-x}(HPO_{4})_{x}(PO_{4})_{6-X}(OH)_{2-x})]: relación Ca/P = (W_{MCP}/236 + W_{MCPM}/252 + 3 x W_{TCP}/310 + 4 x W_{TetCP}/366 + 10 x W_{OXA}/986 + 5 x W_{HA}/502 + 9 x W_{CDHA}/948)/(2 x W_{MCP}/236 + 2 x W_{MCPM}/252 + 2 W_{TCP}/310 + 2 x W_{TetTCP}/366 + 6 x W_{OXA}/986 + 3 x W_{HA}/502 + 6 x W_{CDHA}/948 + W_{OHA}/98) donde W_{MCP}, W_{MCPM}, W_{TCP}, W_{HA}, W_{CDHA} y W_{OHA} son, respectivamente, los pesos de MCP, MCPM, \alpha- o \beta-TCP, TetCP, OXA, HA, CDHA y ácido fosfórico. La relación molar Ca/P preferida se sitúa dentro de la gama de 1,00 a 1,67, más ventajosamente en la gama de 1,05 a 1,30.
Uno de los cuatro componentes puede comprender también un polímero biodegradable para controlar la consistencia de la pasta de cemento resultante de una mezcla de los dos componentes y su cohesión en los líquidos fisiológicos. Existen dos objetivos al controlar la resistencia del cemento: (i) elevando la viscosidad del líquido de mezcla, la pasta se hace menos sensible al prensado bajo filtro (sin separación de la mezcla durante la inyección) y (ii) al elevar la viscosidad del líquido de mezcla, la viscosidad de la pasta de cemento se eleva también y dicha pasta no se descompone cuando se coloca en una solución acuosa.
El polímero biodegradable puede elegirse entre el grupo constituido por el ácido hialurónico, las sales de hialuronato, el dextrano, los alginatos, la hidroxipropilmetil-celulosa, el citosan, la goma de xantano, la azarosa, los polietilenglicoles (PEG), los polihidroxi-etilenmetacrilatos (HEMA), las proteínas sintéticas y naturales y el colágeno.
El cemento puede comprender también sustancias farmacéutica o fisiológicamente activas, ventajosamente elegidas dentro del grupo de los antibióticos, medicamentos anti-inflamatorios, medicamentos anticancerosos, péptidos y proteínas como los factores de crecimiento. El antibiótico es ventajosamente una gentamicina o un gel de gentamicina, típicamente del sulfato de gentamicina. Otras sales de gentamicina pueden utilizarse en tanto que su solubilidad se sitúe dentro de la gama de 100 a 2.500 mg/l.
El antibiótico se elige en el grupo de los aminoglicósidos, de las vancomicinas, de las gentamicinas o de sus sales, ventajosamente el sulfato de gentamicina o el crobefato de gentamicina.
Los cementos según la invención pueden utilizarse como sustitutos óseos en cirugía dentaria y maxilofacial (reconstrucción del surco alveolar, rellenado del alveolo dentario) para aplicaciones ortopédicas (reparación de fracturas óseas, añadidos óseos) y para una distribución de medicamentos local (antibióticos, medicamentos anti-inflamatorios y anticancerosos).
El tercer componente del cemento puede comprender también un líquido hidrófobo que puede ser lubricante o agente porógeno. En este último caso, la mezcla de cemento se agita mecánicamente hasta la obtención de una emulsión. También puede inyectarse la pasta. Después del fraguado, el líquido hidrófobo es retenido en la matriz de cemento, formando así poros. La emulsión puede estabilizarse por medio de un emulsificante. El líquido hidrófobo y el emulsificante deben ser ventajosamente elegidos para un implante in vivo. Compuestos elegibles son todos los productos naturales.
La mezcla puede contener una fuente de iones de estroncio elegidos dentro del grupo que incluye Sr(C_{2}H_{3}O_{2})
\hbox{ _{2} ,}
Sr(C_{2}H_{2}O_{2})_{2}\cdot0,5H_{2}O, SrCO_{3}, SrCl_{2}, SrCl_{2}\cdot2H_{2}O, SrCl_{2}\cdot6H_{2}O, SrC_{3}H_{7}O_{6}P, Sr(OH)_{2}, Sr(OH)_{2}\cdot8H_{2}O, Sr(C_{3}H_{5}O_{3})
\hbox{ _{2} }
\cdot3H_{2}O, SrC_{2}O_{4}\cdotH_{2}O, SrHPO_{4}, Sr(HSO_{4})_{2}, SrSO_{4}, SrC_{4}H_{4}O_{6}\cdot4H_{2}O. El área específica del primer componente se sitúa dentro de la gama de 0,01 a 10 m^{2}/g, ventajosamente de 0,1 a 2 m^{2}/g.
El cuarto componente del cemento se toma en el grupo constituido por MgO, MgO_{2}, Mg(OH)_{2}, MgHPO_{4}, MgHPO_{4}
\cdot3H_{2}O, MgHPO_{4}\cdot7H_{2}O, Mg_{3}(PO_{4})_{2}, Mg_{3}(PO_{4})_{2}\cdot4H_{2}O, Mg_{3}(PO_{4})_{2}\cdot8H_{2}O, Mg_{3}(PO_{4})_{2}\cdot22H_{2}O, MgCO_{3}, MgCO_{3}\cdot3H_{2}O, MgCO_{3}\cdot5H_{2}O, 3MgCO_{3}\cdotMg(OH)_{2}\cdot3H_{2}O, MgCO_{3}\cdotMg(OH)_{2}\cdot3H_{2}O, Mg(C_{3}H_{5}O_{3})_{2}\cdot3H_{2}O, MgC_{2}O_{4}\cdot2H_{2}O, MgC_{4}H_{4}
O_{6})_{2}\cdot4H_{2}O, MgCO_{3}\cdotCaCO_{3}, Mg_{2}P_{2}O_{7}, Mg(C_{12}H_{23}O_{2})_{2}\cdot2H_{2}O, Mg(C_{14}H_{27}O_{2})_{2}, Mg(C_{18}H_{33}O_{2})_{2} y Mg(C_{18}H_{35}O_{2})_{2}. La cantidad del cuarto componente debe situarse dentro de la gama de 0,001 al 60% en peso/peso, (más concretamente dentro de la gama de 1 al 20% en peso/peso) y más ventajosamente en la gama de 2 al 5% en peso/peso. La sal de magnesio no debe ser demasiado soluble para impedir una liberación rápida de los iones Mg del sitio del implante. La solubilidad en el agua debe ventajosamente ser inferior a 10 g/l y más ventajosamente, inferior a 1 g/l.
A continuación se describen cinco ejemplos específicos de producción de las materias de sustitución de huesos temporales según la invención.
Ejemplo 1
Se prepararon muestras con diferentes composiciones de cemento. La composición de cemento era: 1,33 g de \beta-TCP (diámetro de partícula medio en volumen: 1,1 micrómetros); 0,67 g de MCPM, 25 mg de Na_{2}H_{2}P{2}O_{7}, 1 g de gránulos de TCP (400 a 500 micrómetros de diámetro) y (x) mg de Na_{2}SO_{4}. El líquido de mezcla consistía en 1 g de una solución acuosa de ácido hialurónico (viscosidad: 200 mPa\cdots). Se repitió tres veces el ensayo. Se prepararon las muestras de la forma siguiente: (i) mezcla durante 30 segundos de los polvos con la solución, (ii) introducción de la pasta en la punta de una jeringa de cemento, (iii) medida del tiempo de fraguado, (iv) expulsión de la muestra desde la jeringa, (v) envejecimiento en 2 ml de agua desionizada durante 24 horas y (vi) secado. Para medir el pH, una muestra de cada composición se colocó en 10 ml de agua desionizada y el pH fue medido a intervalos periódicos. La resistencia a la tracción de las muestras fue determinada por medio del así denominado ensayo de tracción Brasileño. La composición cristalina de las muestras fue determinada mediante difracción de rayos X (XRD). Los resultados han demostrado que el tiempo de fraguado aumentaba sensiblemente a una concentración en sulfato de 0,1M: de 3 minutos a 15 minutos. Es interesante observar que el tiempo de fraguado era un poco más largo con los iones de magnesio que con los iones de sodio (aproximadamente 1 minuto más largo por encima de una concentración de 0,15M). Las propiedades mecánicas no fueron sensiblemente modificadas por la adición de sulfato de sodio o de magnesio. Sin embargo, una concentración en sulfato superior a 0,1M ha conducido a microestructuras más finas. El producto final de la reacción era la brushita.
Ejemplo 2
Se prepararon muestras de cemento según un modelo factorial de 2^{3} experiencias con 4 repeticiones. Los factores eran: (A) una fuente de sulfato ( Na_{2}SO_{4} o MgSO_{4}); (B) una cantidad de sulfato (20 ó 50 mg) y (C) una cantidad de Ca_{2}P_{2}O_{7} (0/150 mg). La composición de cemento consistía en: 1,33 g de \beta-TCP (diámetro de partícula medio en volumen: 1,1 micrómetros), 0,67 g de MCPM, 25 mg de Na_{2}H_{2}P_{2}O_{7}, 1 g de gránulos de TCP (400 a 500 micrómetros de diámetro), 20 ó 50 mg de Na_{2}SO_{4} o MgSO_{4} y 0 ó 150 mg de Ca_{2}P_{2}O_{7}. El líquido de mezcla consistía en 1 g de una solución acuosa de ácido hialurónico (viscosidad: 200 mPa\cdots). Las muestras se prepararon y analizaron según se explicó en el primer Ejemplo. Los resultados demuestran que el tiempo de fraguado del cemento fue notablemente aumentado sustituyendo el sulfato de sodio por sulfato de magnesio y disminuyó sensiblemente cuando se le añadió Ca_{2}P_{2}O_{7} a la pasta de cemento. Este último efecto se debe al hecho de que aumentó el valor de la relación polvo/líquido. La cantidad de iones de sulfato no desempeñó un papel importante en la concentración elegida: el tiempo de fraguado resultó ligeramente aumentado al ser mayor la cantidad de sulfato. Este resultado es, en realidad, similar al que fue observado en el primer Ejemplo. La resistencia a la tracción del cemento disminuyó cuando se sustituyó el Na_{2}SO_{4} por MgSO_{4} y cuando se añadió al cemento Ca_{2}P_{2}O_{7} o más sulfato. La microestructura de cemento era más fina con 50 mg de sal de sulfato que con solamente 20 mg.
Ejemplo 3
Se prepararon muestras de cemento mezclando durante 60 segundos con una espátula el polvo de cemento con el líquido de mezcla. A continuación, fue vertida la pasta en una jeringa y se inyectó la pasta con la jeringa en una defectuosidad cilíndrica (diámetro de 8 mm) hecha en el fémur/húmero proximal o distal de un cordero. Se probaron ocho composiciones por oveja según el modelo factorial de experiencia: (A) una fuente de sulfato (Na_{2}SO_{4} o MgSO_{4}); (B) MgHPO_{4}\cdot3H_{2}O (0/150 mg) y (C) una cantidad de Ca_{2}P_{2}O_{7} (0/150 mg). La composición de cemento consistía en: 5,33 g de \beta-TCP (diámetro de partícula medio en volumen: 1,1 micrómetros), 2,66 g de MCPM, 100 mg de Na_{2}H_{2}P_{2}O_{7}, 4 g de gránulos de TCP (400 a 500 micrómetros de diámetro), 100 mg de Na_{2}SO_{4} MgSO_{4}, 0 ó 600 mg de MgHPO_{4}\cdot3H_{2}O y 0 ó 600 mg de Ca_{2}P_{2}O_{7}. El líquido de mezcla consistía en 4 ml de una solución acuosa de ácido hialurónico (viscosidad: 200 mPa\cdots). Dos ovejas fueron operadas. La primera oveja fue sacrificada transcurridas 3 semanas. La segunda transcurridas 6 semanas. Los resultados han demostrado que todas las muestras que no contenían MgHPO_{4}\cdot3H_{2}O se descompusieron con más rapidez que las otras. Además, después de una implantación de tres semanas, las muestras que no contenían MgHPO_{4}\cdot3H_{2}O habían provocado una fuerte reacción inflamatoria y una desaparición parcial del hueso situado alrededor del implante. Se encontró tejido fibroso entre el implante y el hueso. En conclusión, resulta de lo anterior que la presencia de una sal poco soluble como el MgHPO_{4}\cdot3H_{2}O es necesaria para mejorar el comportamiento in vivo del cemento de brushita.
Ejemplo 4
Se prepararon muestras de cemento mezclando durante 60 segundos con una espátula el polvo de cemento con el líquido de mezcla. A continuación, se vertió la pasta dentro de una jeringa y se inyectó la pasta con la jeringa en una defectuosidad cilíndrica (diámetro de 8 mm) hecha en el fémur/húmero proximal o distal de una oveja. Tres composiciones y un testigo (agujero vacío) fueron probados por oveja. La primera composición era un producto comercial, Norian® SRS, que contiene como producto final una carbonatoapatita débilmente cristalizada. La segunda composición: 0,96 g de \beta-TCP (diámetro de partícula medio en volumen: 1,1 micrómetros), 1,92 g de MCPM, 80 mg de Na_{2}H_{2}P_{2}O_{7}, 6,72 g de gránulos de TCP (125 a 1000 micrómetros de diámetro), 100 mg de Na_{2}SO_{4}, 600 g de CaSO_{4}\cdot1/2H_{2}O y 600 mg de Ca_{2}P_{2}O_{7}. El líquido de mezcla consistía en 4 ml de una solución acuosa de ácido hialurónico (viscosidad: 200 mPa\cdots). La tercera composición de cemento consistía en: 5,33 g de HA (diámetro de partícula medio en volumen: 0,08 micrómetros), 2,66 g de MCPM, 20 mg de Na_{2}H_{2}P_{2}O_{7}, 4 g de gránulos de TCP (125 a 1000 micrómetros de diámetro), 100 mg de Na_{2}SO_{4} y 600 mg de Mg_{2}P_{2}O_{7}. El líquido de mezcla consistía en 6 ml de una solución acuosa de xantano (viscosidad: 100 mPa\cdots). Dos ovejas fueron operadas. La primera oveja fue sacrificada transcurridas 3 semanas. La segunda transcurridas 6 semanas. El cemento Norian® SRS se comportó como una materia inerte. No pudo observarse ninguna resorción transcurridas 6 semanas desde la implantación. El segundo cemento ha provocado una fuerte reacción inflamatoria y una osteolisis transcurridas 3 semanas. Tejido fibroso estaba presente entre el cemento y el hueso. Transcurridas 6 semanas, la situación era similar a la de después de 3 semanas, lo que hace suponer que solamente la primera reacción provocada por la presencia del cemento era nociva para el hueso de la oveja. El tercer cemento no provocó ninguna reacción inflamatoria moderada y no pudo observarse ninguna osteolisis. Transcurridas 6 semanas, un 20% del tercer cemento fue resorbido y se sustituyó por hueso nuevo. Se produjo una aposición directa de hueso nuevo sobre el tercer cemento.
Ejemplo 5
Se prepararon muestras de cemento de conformidad con la composición siguiente: 1,2 de HA (diámetro de partícula medio en volumen: 2 micrómetros), 0,6 g de MCPM, 1 g de gránulos de HA (200 a 300 micrómetros de diámetro) y 0 a 0,1 g de sulfato de gentamicina (polvo). La solución de mezcla (1,2 ml) consistía en una solución acuosa de Na_{2}HPO_{4} 0,1M que contiene 0.5% en peso de goma de xantano. Se preparó el cemento según el plan siguiente: (i) mezcla íntima de los diferentes polvos con líquido de mezcla durante 45 segundos; (ii) introducción de la pasta en la punta de una jeringa; (iii) medida del tiempo de fraguado; (iv) expulsión de la muestra de la jeringa; (v) envejecimiento en 2 ml de agua desionizada durante 24 horas y (vi) secado. En algunos casos, las muestras no se envejecieron y secaron sino se colocaron en 250 ml de PBS 7,4 y la cantidad de gentamicina liberada por la muestra de cemento fue medida en función del tiempo. El tiempo de fraguado resultó influido por la presencia del sulfato de gentamicina: la adición de más de 300 mg de sulfato de gentamicina elevó el tiempo de fraguado en un factor 2 (4 a 8 minutos). Las propiedades mecánicas fueron también mejoradas mediante la adición de sulfato de gentamicina: entre 400 y 500 mg de sulfato de gentamicina, la resistencia a la tracción aumentó de 3,2 a 5,8 MPa. Las experiencias de liberación han demostrado que la gentamicina fue liberada según una reacción de primer orden de la matriz de cemento. Pequeñas cantidades de gentamicina fueron también liberadas transcurridos 5 días.

Claims (49)

1. Cemento de brushita para aplicaciones quirúrgicas constituido por un primer componente que incluye un fosfato de calcio básico y un segundo componente que incluye un fosfato ácido y un tercer componente constituido por agua así como un cuarto componente utilizado para estabilizar el producto final de la reacción de fraguado entre los componentes que comprende una fuente de magnesio caracterizado porque:
A) la solubilidad de la fuente de magnesio es más pequeña que 100 g/ml y
B) los componentes se eligen en una cantidad tal que:
(i) el pH de la pasta de cemento durante el fraguado es inferior a 6,5 y
(ii) el producto final de la reacción de fraguado comprende dihidrato de fosfato dicálcico [CaHPO_{4}\cdot2H_{2}O).
2. Cemento según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer componente comprende fosfato \beta-tricálcico [\beta-Ca_{3}(PO_{4})_{2}].
3. Cemento según una u otra de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el primer componente comprende fosfato \alpha-tricálcico [\alpha-Ca_{3}(PO_{4})_{2}].
4. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el primer componente comprende fosfato tetracálcico [Ca_{4}(PO_{4})_{2}].
5. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el primer componente comprende la oxiapatita [Ca_{10}(PO_{4})_{6}O].
6. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el primer componente comprende hidroxiapatita [Ca_{5}(PO_{4})_{3}OH].
7. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el primer componente comprende hidroxiapatita deficitaria en calcio [Ca_{10-x}(HPO_{4})_{x}(PO_{4})_{6-x}(OH)_{2-x}].
8. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el segundo componente comprende monohidrato de fosfato monocálcico Ca[(H_{2}PO_{4})_{2}\cdotH_{2}O].
9. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el segundo componente comprende fosfato monocálcico Ca(H_{2}PO_{4})_{2}.
10. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el cuarto componente está presente en una cantidad del 0,001 al 60% en peso/peso.
11. Cemento según la reivindicación 10, caracterizado porque el cuarto componente está presente en una cantidad del 1 al 20% en peso/peso.
12 Cemento según la reivindicación 11 caracterizado porque el cuarto componente está presente en una cantidad del 2 al 5% en peso/peso.
13. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el cuarto componente (fuente de magnesio) se toma en el grupo constituido por MgO, MgO_{2}, Mg(OH)_{2}, MgHPO_{4}, MgHPO_{4}\cdot3H_{2}O, MgHPO_{4}\cdot7H_{2}O, Mg_{3}(PO_{4})_{2}, Mg_{3}(PO_{4})_{2}\cdot4H_{2}O, Mg_{3}(PO_{4})_{2}\cdot8H_{2}O, Mg_{3}(PO_{4})_{2}\cdot22H_{2}O, MgCO_{3}, MgCO_{3}\cdot3H_{2}O, MgCO_{3}
\cdot5H_{2}O, 3MgCO_{3}\cdotMg(OH)_{2}\cdot3H_{2}O, MgCO_{3}\cdotMg(OH)_{2}\cdot3H_{2}O, Mg(C_{3}H_{5}O_{3})_{2}\cdot3H_{2}O, MgC_{2}O_{4}\cdot2H_{2}O, MgC_{4}H_{4}O_{6})_{2}\cdot4H_{2}O, MgCO_{3}\cdotCaCO_{3}, Mg_{2}P_{2}O_{7}, Mg(C_{12}H_{23}O_{2})_{2}\cdot2H_{2}O, Mg(C_{14}H_{27}O_{2})_{2}, Mg(C_{18}H_{33}O_{2})_{2} y Mg(C_{18}H_{35}O_{2})_{2}.
14. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el cuarto componente (fuente de magnesio) se toma dentro del grupo constituido por MgHPO_{4}, MgHPO_{4}\cdot3H_{2}O, MgHPO_{4}\cdot7H_{2}O, Mg_{3}(PO_{4})_{2}, Mg_{3}(PO_{4})_{2}\cdot4H_{2}O, MgCO_{3}, MgCO_{3}\cdotCaCO_{3},
15. Mezcla según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque el tercer componente del cemento comprende ácido sulfúrico [H_{2}SO_{4}], ácido fosfórico [H_{2}PO_{4}] o una mezcla de ambos.
16. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la pasta de cemento comprende un aditivo para regular el tiempo de fraguado del cemento.
17. Mezcla según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada porque el regulador del tiempo de fraguado se toma dentro del grupo constituido por el pirofosfato de sodio, el pirofosfato de potasio, el acetato de sodio, el acetato de potasio, el citrato de sodio, el citrato de potasio, el fosfocitrato de sodio, el fosfocitrato de potasio, el sulfato de sodio, el sulfato de potasio, el hemihidrato de sulfato de calcio, el pirofosfato de sodio, el dihidrógeno pirofosfato de sodio, el sulfato de magnesio y los bifosfonatos de sodio y de potasio.
18. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el regulador del tiempo de fraguado se toma dentro del grupo constituido por el ortofosfato de sodio y el ortofosfato de potasio.
19. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque el tercer componente del cemento comprende un aditivo para controlar la reología del cemento.
20. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque el aditivo utilizado para controlar la reología del cemento se toma en el grupo constituido por los derivados de polisacárido, ventajosamente el ácido hialurónico, las sales de hialuronato, dextrano, los alginatos, la hidroxipropilmetil-celulosa, el citosan y la goma de xantano.
21. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque el aditivo utilizado para controlar la reología del cemento es el ácido hialurónico y/o las sales de hialuronato.
22. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque el tiempo de fraguado de la pasta de cemento a 25ºC está comprendido entre 1 y 20 minutos.
23. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque el tiempo de fraguado de la pasta de cemento a 25ºC está comprendido entre 2 y 15 minutos.
24. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque el tiempo de fraguado de la pasta de cemento a 25ºC está comprendido entre 5 y 12 minutos.
25. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque el volumen VL del tercer componente se sitúa dentro de la gama de 0,5 VT \leq VL \leq 10 VT, donde VT es el volumen de polvo de la pasta de cemento.
26. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque el volumen VL del tercer componente se sitúa dentro de la gama de 1,2 VT \leq VL \leq 2,5 VT, donde VT es el volumen de polvo de la pasta de cemento.
27. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, caracterizado porque el cemento puede comprender también gránulos cuyo diámetro es al menos dos veces y ventajosamente, al menos diez veces mayor que el diámetro medio del polvo precitado del primer componente.
28. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizado porque los gránulos tienen un diámetro medio que varía desde 100 \mum a 500 \mum.
29. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 28, caracterizado porque los gránulos tienen un diámetro medio que varía desde 200 \mum a 350 \mum.
30. Cemento según una u otra de las reivindicaciones 28 ó 29, caracterizado porque los gránulos están hechos de fosfato de calcio, de yeso, de polímero o de biovidrio.
31. Cemento según una u otra de las reivindicaciones 28 ó 29, caracterizado porque los gránulos están hechos de fosfato de calcio y de yeso.
32. Cemento según una u otra de las reivindicaciones 28 ó 29, caracterizado porque los gránulos están hechos de \beta-TCP.
33. Cemento según una u otra de las reivindicaciones 1 a 32, caracterizado porque la pasta de cemento se endurece con una relación molar Ca/P comprendida entre 1,00 y 1,67.
34. Cemento según una u otra de las reivindicaciones 1 a 33, caracterizado porque la pasta de cemento se endurece con una relación molar Ca/P comprendida entre 1,05 y 1,30.
35. Cemento según una u otra de las reivindicaciones 1 a 34, caracterizado porque la mezcla comprende sustancias farmacéutica o fisiológicamente activas, ventajosamente de antibióticos, medicamentos anti-inflamatorios, medicamentos anticancerosos, péptidos y/o proteínas como los factores de crecimiento.
36. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, caracterizado porque el cemento comprende un líquido hidrófobo.
37. Cemento según la reivindicación 36, caracterizado porque el cemento comprende un emulsificante.
38. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 37, caracterizado porque la mezcla ha de inyectarse en una defectuosidad de un animal o de un ser humano y tomados in vivo.
39. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 38, caracterizado porque la mezcla comprende una fuente de iones de estroncio.
40. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 39, caracterizado porque la mezcla comprende una fuente de iones de estroncio tomados dentro del grupo constituido por Sr(C_{2}H_{3}O_{2})_{2}, Sr(C_{2}H_{2}O_{2})_{2}\cdot0,5H_{2}O, SrCO_{3}, SrCl_{2}, SrCl_{2}\cdot2H_{2}O, SrCl_{2}\cdot6H_{2}O, SrC_{3}H_{7}O_{6}P, Sr(OH)_{2}, Sr(OH)_{2}\cdot8H_{2}O, Sr(C_{3}H_{5}O_{3})_{2}\cdot3H_{2}O, SrC_{2}O_{4}\cdotH_{2}O, SrHPO_{4}, Sr(HSO_{4})_{2}, SrSO_{4}, SrC_{4}H_{4}O_{6}\cdot4H_{2}O.
41. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 40, caracterizado porque el área superficial específica del primer componente se sitúa dentro de la gama de 0,01 a 10 m^{2}/g.
42. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 41, caracterizado porque el área superficial específica del primer componente se sitúa dentro de la gama de 0,1 a 2 m^{2}/g.
43. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 42, caracterizado porque la solubilidad a 25ºC en el agua del cuarto componente es inferior a 10 g/l.
44. Cemento según la reivindicación 43, caracterizado porque la solubilidad a 25ºC en el agua del cuarto componente es inferior a 1 g/l.
45. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 44, caracterizado porque el cemento contiene un compuesto radio-opacificante.
46. Cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 45, caracterizado porque el valor del pH medible de la pasta de cemento, durante el fraguado, es inferior a 6,0.
47. Cemento según la reivindicación 46, caracterizado porque el valor del pH medible de la pasta de cemento, durante el fraguado, es inferior a 5,0.
48. Procedimiento de producción de una matriz de brushita CaHPO_{4}\cdot2H_{2}O (DCPD) como materia de sustitución de hueso temporal, caracterizado porque los cuatro componentes precitados según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 47 están mezclados juntos y dejados endurecer.
49. Materia de sustitución de hueso temporal obtenible por el procedimiento según la reivindicación 48, caracterizada porque comprende la brushita CaHPO_{4}\cdot2H_{2}O (DCPD).
50. Materia de sustitución de hueso temporal según la reivindicación 49, caracterizada porque comprende una sal de magnesio incorporada en la matriz de brushita precitada.
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